Лекция 1_ Биосфера

1.

Человек и биосфера.
Урбанизация.
Экологические проблемы
Центрального Черноземья

2.

Вопросы
1.
2.
3.
4.
5.
Биосфера: современные концепции,
организация и эволюция.
Биогеоценоз и экосистема: компоненты и
структура. Круговорот веществ.
Эволюция биосферы.
Антропогенное влияние на природу как
причина изменения биотических
взаимоотношений. Экологические аспекты
урбанизации на примере г. Воронежа.
Глобальные экологические проблемы, их
проявление в Центральном Черноземье.

3.

Термин «биосфера» ввел австрийский учёный
Эдуард Зюсс (1831–1914) в 1875г. (греч.bios –
жизнь, sphaira – шар, сфера).
Учение о биосфере было создано академиком
В.И. Вернадским и впервые опубликовано в его
классическом труде «Биосфера» в 1926-м году.
Весь животный, растительный и бактериальной
мир нашей планеты, все среды жизни – это
биосфера.

4.

Концепции биосферы:
- биологическая – это самые ранние представления о
биосфере как совокупности живых организмов. Впервые
термин «биосфера» употребил Ж.Б. Ламарк. Он
определил биосферу как «область жизни». Английский
экономист и философ Д.С. Миль (1899) и австрийский
геолог Э. Зюсс дали подобное определение биосферы, как
«совокупности живых существ».
- биогеохимическая концепция Немецкий натуралист
Малешотт (1886) высказал идею о том, что биосфера
Земли выражается, прежде всего, в круговороте энергии
и веществ при участии живых организмов. Учёныйпочвовед В.В. Докучаев в 1899-м году писал о
совместном действии климатических факторов, живых
организмов и минеральной среды в образовании почвы.

5.

- термодинамическая концепция рассматривает
биосферу в космическом плане как систему, которая
обменивается энергией с космосом и подчиняется второму
закону термодинамики;
- кибернетическая концепция рассматривает биосферу
как саморегулирующуюся систему, в которой существует
гомеостаз и обратная связь;
В основу современного представления о биосфере
положена биогеохимическая концепция – живые
организмы взаимодействуют в процессе существования
между собой и с окружающей средой. Изменяется среда –
изменяется химический состав организмов и наоборот.
Жизнь и среда эволюционировали вместе. Изменится
среда – изменится жизнь.

6.

Дальнейшая разработка учения о биосфере
виде биогеохимической концепции принадлежит В.И.
Вернадскому:
•распространил понятие «биосфера» не только на живые
организмы, но и на среду их обитания;
• создал учение о живом веществе, то есть о
геохимической роли живых организмов;
•создал учение о преобразовании биосферы в ноосферу,
как результате деятельности человека, которая приобрела
роль самостоятельной геохимической силы.

7.

Биогеохимическая концепция
•биосфера включает живое вещество, как совокупность
живых организмов;
•биогенное вещество (создается и перерабатывается в
процессе
жизнедеятельности
организмов
(газы,
каменный уголь, известняки, сланцы и др.);
•косное вещество (образуется без участия живых
организмов (продукты тектонической деятельности и др.);
•биокосное
вещество
–
результат
совместной
деятельности организмов и абиогенных процессов
(почвы, воды, осадочные породы, нефть);
•радиоактивное вещество;
•рассеянные атомы;
•вещество космического происхождения.

8.

9.

Биосфера имеет ряд уровней. Границы биосферы - это
зоны жизни на Земле. Ограничивающим фактором является
температура.
Верхняя - примерно на 20
км над уровнем моря,
включает тропосферу и
нижний слой атмосферы.
Нижняя занимает
примерно 15-20 км (т.е. на
всю глубину океана и ещё
5-10 км).

10.

Атмосфера включает косное и биогенное вещество.
Она регулирует климат, пропускает тепловые и мягкие
ультрафиолетовые лучи, сохраняет тепло, служит
средой для распространения света и звука, является
источником кислородного дыхания, является средой
через которую осуществляется обмен веществ между
Землёй и космосом.

11.

Гидросфера включает косное и биогенное вещество.
Вода – это один из основных компонентов биосферы и
один из самых необходимых факторов существования
живого. Гидросфера – это совокупность всех водных
объектов земного шара: океанов, морей, рек, озёр,
водохранилищ, болот, подземных вод, ледников и
снежного покрова. Все функционирующие живые
системы состоят в основном из воды в жидкой фазе. В
наземных растениях содержится до 85-95 % воды. Это
важнейшая составляющая любой живой клетки, так как
биохимические реакции протекают воде.

12.

Литосфера – это верхняя оболочка Земли. Самый
верхний её слой – почва.
Толщина земной коры
неодинакова: от 70-75 км под высокими горами до 6-8 км
под морским дном.
Почва – продукт преобразования и взаимодействия
пяти основных факторов (по Докучаеву): геологической
породы, живых организмов, климата, рельефа и времени.
Через почву происходит обмен веществом и энергией
между земной корой, атмосферой, гидросферой суши и
всеми обитающими на ней организмами.

13.

Биосфера – это комплексная геологическая оболочка,
состоящая из атмосферы, гидросферы и литосферы,
заселенная и преобразуемая живым веществом.
Живое вещество биосферы - совокупность её живых
организмов.
Живое вещество распределено очень неравномерно.
Жизнь в основном сосредоточена верхней части
литосферы (почве и на её поверхности) и верхней части
гидросферы. Здесь происходит развитие зелёных
растений и существующих за их счет гетеротрофных
организмов.

14.

Живое вещество по содержанию атомов водорода и
кислорода ближе к гидросфере; атомов углерода,
кальция и азота в живых организмах больше, чем
гидросфере. 99 % массы живых организмов приходится
на элементы, имеющиеся в земной коре. По существу
жизнь – это производное земной коры.
Функции живого вещества:
•энергетическая;
•газовая;
•концентрационная;
• деструктивная;
•средообразующая;
• транспортная

15.

Биогеоценоз – это растения, животные и
микроорганизмы,
находящиеся
в
постоянном
взаимодействии и непосредственном контакте с
компонентами биосферы.
Термин «биогеоценоз»
предложил В.Н. Сукачев в
1940 году.
Биогеоценоз включает
две
составляющие:
абиотическую экотоп и
биотическую биоценоз.

16.

В биоценоз входят
автотрофы (продуценты) – синтезируют из
углекислого газа, воды, неорганических солей почвы
органические соединения, преобразуя световую энергию
в химическую (первичная продукция);
гетеротрофы – к ним относятся консументы 1
порядка – потребители готовых органических веществ;
консументы 2 и последующих порядков (они могут
служить пищей другим животным) (вторичная
продукция);
редуценты (деструкторы, разрушители) – разлагают
органические соединения до углекислого газа и воды или
фрагментов, которые могут быть использованы другими
организмами.

17.

Биоценозы находятся в тесной связи и взаимодействуют
с экотопом – абиотической частью биогеоценоза. В
экотоп входят:
климатоп (атмосфера);
эдафотоп (почва и почвенные воды).

18.

Экологическая система – это совокупность совместно
обитающих разных видов организмов и условия их
существования,
находящиеся
в
закономерной
взаимосвязи друг с другом. Термин предложен
английским экологом А. Тенсли в 1935 году.
Экологическая система – это капля воды с ее микробами,
комнатное растение, отдельное дерево, лист дерева,
космический обитаемый корабль. Экологической
системой является и биосфера Земли.

19.

Круговорот веществ – важный фактор существования
биосферы, поддерживающий её целостность и
устойчивость.
Для осуществления круговорота веществ необходимо
энергия. Главным источником её для биосферы является
солнечная энергия.

20.

Периоды эволюции биосферы :
•абиогенный (4 млрд лет назад) - период возникновения
органических веществ из неорганических. Возник
простейший круговорот веществ. Кислорода ещё нет;
•период биогенеза (3 млрд лет назад):
А)
появление
биогенно-гетеротрофного
способа
существования. Появление анаэробных организмов –
гетеротрофов. Кислорода нет. Среда жизни - вода;
Б) появление биогенно-автотрофного типа существования
(около 2 млрд лет назад). Появление сине-зелёных
водорослей, первичной атмосферы, кислорода в ней
около 1%;

21.

В) развитие специальных клеток (1,4 – 1 млрд лет назад),
появление первых эукариот. Кислорода 3-4%;
Г) появление многоклеточных организмов (670 млн лет
назад). Кислорода – 7%;
Д) накопление кислорода, начало биологической
эволюции (400 млн лет назад);
Е) на суше появление человеческого общества.
Период ноогенеза (формирование ноосферы)
Ноосфера – новый этап в развитии биосферы,
заключающийся в разумном регулировании отношений
человека и природы.

22.

Эволюция биосферы совершилась под влиянием и
при участии
•естественных
изменений;
геологических
и
климатических
•изменений видового состава живых существ в процессе
биологической эволюции;
•с появлением человека она происходит под влиянием
его деятельности.

23.

Основные положения учения о ноосфере
•Вернадский расценивал ноосферу как сферу разума.
Ноосфера – это новый этап в развитии биосферы.
• Материалистические взгляды на истинную роль
человека в биосфере начали формировать ещё в
прошлом столетии (Циолковский, Менделеев, Сеченов).
•Человека и природу не следует противопоставлять друг
другу.
Нужно рассматривать их в
единстве, как части одного
целого
–
Вселенной.
Человек не стоит над
природой, он составная
часть природы.

24.

Урбанизация (от лат. urbanus – городской) – процесс
увеличения численности городского населения или
проявление городского образа жизни в сельской
местности.

25.

Города ЦЧ
Воронежская область
Площадь – 52 400 км2
Численность населения 2 324,2 тыс человек
Воронеж
Борисоглебск
Россошь
Лиски
Нововоронеж
Острогожск
Павловск
Бутурлиновка
Калач
Белгородская
область
Площадь – 27 100 км2
Численность-1 533,2 тыс ч.
Белгород
Старый Оскол
Губкин
Шебекино
Алексеевка
Валуйки
Новый Оскол
Липецкая
область
Площадь – 24 047 км2
Численность-1 128,2 тыс ч.
Липецк
Елец
Грязи
Данков
Лебедянь
Усмань
Курская
область Тамбовская
область
Площадь – 29 800 км2 Площадь – 34 462 км2
Численность - 1 104,0 тыс.ч. Численность- 1 015,9 тыс ч.
Курск
Тамбов
Железногорск
Мичуринск
Курчатов
Моршанск
Льгов
Рассказово
Щигры
Котовск
Уварово

26.

Экологические аспекты урбанизации различных городов
имеют общие закономерности, которые выражаются в
создании специфической городской среды, обладающей
как положительными, так и негативными свойствами.
Экологию человека
урбаэкология.
в
условиях
города
изучает

27.

Концентрация людей в городах является проявлением
имеющегося у всех организмов эффекта группы,
который, как известно, способствует их выживанию.
Следствием жизни в городах является эффект
скученности от перенаселенности.

28.

В городах можно выделить ряд территорий:
селитебные – предназначены для жилья;
промышленные – включают промышленные
предприятия и занимают от 20 до 60% площади города;
транспортные – устройства внешнего транспорта;
садово-парковые – улучшают городской микроклимат,
являются источниками получения продуктов питания,
обогащают эстетический облик городского ландшафта,
создают благоприятные возможности для отдыха.
водно-антропогенные

29.

Влияние городов на окружающие территории зависит
от их размера, инфраструктуры, выражается в:
загрязнении воздуха;
изменении климата (температура и влажность воздуха
выше, солнечного света (УФ-лучей) меньше, ниже
атмосферное давление);
изменении ритма жизни и психоэмоциональной
обстановки распространении экологически зависимых
заболеваний;
развитии сельского хозяйства — превращении
естественных экосистем в агроценозы;
организации свалок, сливе в реки промышленных и
фекально-хозяйственных стоков

30.

Атмосферные потоки над большими городами
Источники загрязнения атмосферного воздуха

31.

ОАО «Тяжекс»
ТЭЦ-2
ОАО «Воронежсинтезкаучук»
ОАО «ВАСО»
ООО «Воронежский
шинный завод»
ФКА «Воронежский механический завод»

32.

Проблема загрязнения атмосферного воздуха
На территории Воронежской области
регистрируются превышения гигиенических
нормативов содержания:
взвешенных веществ
азота диоксида
серы диоксида
углерода оксида
фенола
формальдегида
меди оксида
по среднемноголетним данным социально-гигиенического мониторинга Управления
Роспотребнадзора по Воронежской области

33.

Загрязнение атмосферного воздуха выхлопными
газами
Это связано с низким техническим уровнем транспортных
средств, увеличением их количества, отсутствием систем
нейтрализации отработанных газов, высокой плотностью
транспортного потока и недостаточной развитостью
улично-дорожной сети.

34.

Загрязнение водоемов сточными водами
В Воронежской области
насчитывается почти 1200
речных водотоков, свыше
4 тыс. прудов, озер и
водохранилищ. Одной из
основных водных артерий
является Дон.
Дон загрязнен
органическими
веществами, фосфатами,
азотом, железом,
соединениями меди и
нефтепродуктами.

35.

Воронежское водохранилище
Используется для технических нужд, выработки,
электроэнергии, использования воды в промышленных
системах, сброса сточных вод. Аккумулирует в себе
осаждающиеся атмосферные загрязнения, условно
очищенные
промышленные
стоки,
неочищенные
дождевые стоки с левобережных и правобережных
склоновых территорий.
Формирование на
мелководных участках
растительности создает
потенциальную опасность
формирования природных
очагов инфекционных
заболеваний.

36.

В Воронежской области 85% населения получает
питьевую воду централизованно из подземных
водоносных горизонтов.
Загрязнение подземных вод может происходить при:
добыче полезных ископаемых
открытыми разрезами и карьерами,
буровых работах,
орошении и удобрении
сельскохозяйственных полей
недоочищенными сточными
водами,
организации и эксплуатации
полигонов твердых бытовых,
промышленных и радиоактивных
отходов.

37.

Проблемы охраны и восстановления лесов региона
Пожары наносят огромный вред лесному хозяйству:
уменьшается прирост деревьев, ухудшается состав
лесов, усиливаются буреломы,
ухудшаются почвенные условия,
гибнут животные, средой обитания которых является
лес,
способствуют распространению вредных насекомых
и дереворазрушающих грибов.

38.

Одним из направлений национального проекта
«Экология», разработанного на период до 2024 г.,
является проект «Сохранение лесов». Основная задача
проекта — к 2024 году увеличить воспроизводство леса до
100% по сравнению с вырубленным или погибшим.
Для реализации этого проекта в Воронежской области
подготавливаются и закупаются семена лесных
растений;
проводится подготовка почвы;
выполняется комплекс мероприятий, направленных на
приживаемость лесных культур (рыхление, удаление
сорняков, внесение удобрений и т.д.);
закупается лесопожарная техника и лесохозяйственное
оборудование и техника

39.

Проблема
с
утилизацией,
захоронением
и
переработкой
промышленных,
бытовых
и
строительных отходов:
отсутствие предприятий и технологий по переработке
некоторых видов промышленных отходов;
несоответствие
имеющихся
мест
захоронения
санитарно – гигиеническим требованиям, что приводит
к
бесконтрольному
загрязнению
почвы,
превосходящему ее естественную способность к
самоочищению.

40.

Тепловое загрязнение окружающей человека среды
приводит к
быстрому
развитию
токсического
процесса,
повышению
чувствительности
организма
к
отравляющему действию вредных веществ (например,
оксида углерода и азота, анилина, ртути);
специфическим проявлениям токсического действия
вредных веществ (например, возбуждающее действие
бензина в начальной стадии отравления);
ускорению
абсорбции
токсикантов и их поступления
в кровь.

41.

Тепловое загрязнение водных объектов приводит к
- увеличению
испарения
воды,
соответственно
повышению ее минерализации и жесткости;
- повышению
восприимчивости
организмов
к
токсическим веществам;
- уменьшению содержания в
воде растворенного
кислорода;
- увеличению
продолжительности
вегетационного
периода;
- смене обычной водной флоры сине-зелеными
водорослями, продукты отмирания
которых токсичны;
- ухудшению качества воды:
в воде много вредных органических
соединений.

42.

Световое загрязнение – это осветление ночного неба
искусственными источниками света (уличным освещением,
светящимися рекламными щитами, промышленными
предприятиями и т.д.)
влияет на
цикл роста и развития многих растений;
ориентацию многих видов насекомых, ведущих
ночной образ жизни, и перелётных птиц;
гормональный баланс, связанный со сменой дня и
ночи.

43.

Шумовое
загрязнение
создают
антропогенные
источники с уровнями шума более 60 дБ.
Естественные природные звуки на экологическом
благополучии
человека
не
отражаются
(они
соответствуют уровню шума примерно 20 дБ).
приводит к
- перенапряжению
ЦНС,
повышению
утомляемости,
неврозам, расстройствам сна;
- снижению
умственной
активности;
- росту
сердечно-сосудистых
заболеваний.

44.

Электромагнитное загрязнение возникает в результате
изменения электромагнитных свойств окружающей среды (от
линий электропередачи, радио и телевидения, работы
некоторых промышленных и бытовых установок, внутренних
электрических сетей в домах). Приводит к
- нарушению передачи нервных импульсов, вегетативным
дисфункциям,
слабости,
раздражительности,
быстрой
утомляемости, нарушению сна, снижению памяти;
- лабильности пульса и артериального давления, болям в области
сердца, снижению лейкоцитов и эритроцитов в крови;
- угнетению Т-системы клеточного
иммунитета;
- увеличению выработки адреналина,
повышению свертываемости крови,
снижению активности гипофиза;
- тератогенному действию.

45.

Обострение экологических проблем и связанное с ними
ухудшение здоровья населения города заставляет вести
поиски говых форм и методов оздоровления городской
среды:
минимизировать
вредные
техногенные
воздействия на окружающую среду и знакомить
общество с конкретной экологической опасностью и
выработать механизм защиты.